Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2001.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2002.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung des verdämmten Druckversuches zur Bestimmung experimenteller Daten an verschiedenen Keramik- und Glassorten. Die untersuchten Materialien (Al2O3, TiB2, B4C, Floatglas, schweres Flintglas) lagen in Form von Fragmenten (Bruchstücken) vor und wurden aus realen Impaktexperimenten wiedergewonnen. Zusätzlich wurden thermisch vorgeschädigte Aluminiumoxidzylinder in die Betrachtungen einbezogen. Daten granulierter bzw. vorgeschädigter spröder Materialien sind von besonderem Interesse für Finite Element Rechnungen, um beispielsweise experimentell sehr aufwendige Beschußversuche rechnerisch zu simulieren.Als Untersuchungsmethode wurde der verdämmte Druckversuch verwendet und sowohl an quasistatische als auch an schlagdynamische Belastungsbedingungen angepaßt. Außerdem wurden die entwickelten Testaufbauten für sehr hohe hydrostatische Drücke optimiert. In den quasistatischen Experimenten konnten damit Drücke von 380 MPa bis 1960 MPa und in den dynamischen Versuchen von 495 MPa bis 2060 MPa erreicht werden. Im Ergebnis wurden mechanische Kennwerte der granulierten bzw. vorgeschädigten Materialien ermittelt (Restfestigkeit, Verdichtungsverhalten) und deren Schädigungsgrad vor und nach den Versuchen bestimmt (Rasterelektronenmikroskopie und Messung der spezifischen Oberfläche). Die vielversprechenden Resultate der verschiedenen Keramiken und Gläser wurden verglichen und die Materialien im Hinblick auf ihr Energieaufnahmevermögen unter schlagartiger Belastung bewertet.

Das Hauptziel dieser Arbeit war die verfahrenstechnische, tribologische und konstruktive Optimierung einer Kompaktieranlage für Si-Pulver mit spezifischer Clusterstruktur und einer sehr geringen Schüttdichte von ca. 0,05 g/cm³. Die Steigerung der Kompaktatrohdichte auf >0,5 g/cm³ und die Erhöhung der Standzeit der keramischen Walzenbelegung unter Vermeidung des Fremdstoffeintrags in das Si-Pulver sind die wichtigsten Optimierungsziele. Eine Mehrfachverdichtung des Pulvers erweist sich als positiv für den Dichtewert. Die Beseitigung der Clusterstruktur durch Intensivmahlung sowie die Steigerung der Primärpartikelgröße des Pulvers führt ebenfalls zum Anstieg der Kompaktatrohdichte. Zum Verschleißschutz im Bereich der Stopfschnecke eignet sich eine DLC-Beschichtung (a-C:H:X) auf plasmanitriertem Stahl X5CrNi18-10. Herzbleche aus Zikonoxid und eine Walzenbelegung aus Siliziumnitrid sind beim Einsatz des Abrasivs Si-Pulver aus tribologischer Sicht am besten. Die Spannungsanalyse mittels FEM ist die Basis zur Ermittlung der optimalen Walzengeometrie und bestätigt das Siliziumnitrid als Walzenwerkstoff für den Verschleißschutz.

Um die Nanomaterialien bei keramischen Formgebungsprozessen verarbeiten zu können, stellt die nasse Homogenisierung, Dispergierung und die Granulierung eine wichtige Grundlage dar. Durch die organischen Additive, verschiedenen Feststoffgehalte der Suspensionen und Granulierungsverfahren lassen sich die Strukturen, Porositäten und Festigkeiten der Einzelgranalien beeinflussen. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen den Einzelgranalien-Eigenschaften und dem Granulathaufwerk. Diese Granulateigenschaftskorrelationen bei den untersuchten Sprüh-Gefrier-Granulaten und Sprühgranulaten spielen eine wichtige Rolle für die optimale technologische Verarbeitung der Granulate als Pressgranulat und als Instantgranulat. Sowohl für ein defektärmeres Gefüge im Presskörper als auch für die vollständige Redispergierbarkeit der Granulate sind die lockeren Sprüh-Gefrier-Granalien mit niedrigen Einzelgranalienfestigkeiten und hohen Einzelgranalienporositäten vorteilhaft. Es konnte gezeigt werden, dass eine qualitative Maßstabübertragung der Sprüh-Gefrier-Granulierung vom Labor in eine Technikums- oder auch großtechnische Anwendung prinzipiell möglich ist.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung des verdämmten Druckversuches zur Bestimmung experimenteller Daten an verschiedenen Keramik- und Glassorten. Die untersuchten Materialien (Al2O3, TiB2, B4C, Floatglas, schweres Flintglas) lagen in Form von Fragmenten (Bruchstücken) vor und wurden aus realen Impaktexperimenten wiedergewonnen. Zusätzlich wurden thermisch vorgeschädigte Aluminiumoxidzylinder in die Betrachtungen einbezogen. Daten granulierter bzw. vorgeschädigter spröder Materialien sind von besonderem Interesse für Finite Element Rechnungen, um beispielsweise experimentell sehr aufwendige Beschußversuche rechnerisch zu simulieren.Als Untersuchungsmethode wurde der verdämmte Druckversuch verwendet und sowohl an quasistatische als auch an schlagdynamische Belastungsbedingungen angepaßt. Außerdem wurden die entwickelten Testaufbauten für sehr hohe hydrostatische Drücke optimiert. In den quasistatischen Experimenten konnten damit Drücke von 380 MPa bis 1960 MPa und in den dynamischen Versuchen von 495 MPa bis 2060 MPa erreicht werden. Im Ergebnis wurden mechanische Kennwerte der granulierten bzw. vorgeschädigten Materialien ermittelt (Restfestigkeit, Verdichtungsverhalten) und deren Schädigungsgrad vor und nach den Versuchen bestimmt (Rasterelektronenmikroskopie und Messung der spezifischen Oberfläche). Die vielversprechenden Resultate der verschiedenen Keramiken und Gläser wurden verglichen und die Materialien im Hinblick auf ihr Energieaufnahmevermögen unter schlagartiger Belastung bewertet.

Um die Nanomaterialien bei keramischen Formgebungsprozessen verarbeiten zu können, stellt die nasse Homogenisierung, Dispergierung und die Granulierung eine wichtige Grundlage dar. Durch die organischen Additive, verschiedenen Feststoffgehalte der Suspensionen und Granulierungsverfahren lassen sich die Strukturen, Porositäten und Festigkeiten der Einzelgranalien beeinflussen. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen den Einzelgranalien-Eigenschaften und dem Granulathaufwerk. Diese Granulateigenschaftskorrelationen bei den untersuchten Sprüh-Gefrier-Granulaten und Sprühgranulaten spielen eine wichtige Rolle für die optimale technologische Verarbeitung der Granulate als Pressgranulat und als Instantgranulat. Sowohl für ein defektärmeres Gefüge im Presskörper als auch für die vollständige Redispergierbarkeit der Granulate sind die lockeren Sprüh-Gefrier-Granalien mit niedrigen Einzelgranalienfestigkeiten und hohen Einzelgranalienporositäten vorteilhaft. Es konnte gezeigt werden, dass eine qualitative Maßstabübertragung der Sprüh-Gefrier-Granulierung vom Labor in eine Technikums- oder auch großtechnische Anwendung prinzipiell möglich ist.

Das Hauptziel dieser Arbeit war die verfahrenstechnische, tribologische und konstruktive Optimierung einer Kompaktieranlage für Si-Pulver mit spezifischer Clusterstruktur und einer sehr geringen Schüttdichte von ca. 0,05 g/cm³. Die Steigerung der Kompaktatrohdichte auf >0,5 g/cm³ und die Erhöhung der Standzeit der keramischen Walzenbelegung unter Vermeidung des Fremdstoffeintrags in das Si-Pulver sind die wichtigsten Optimierungsziele. Eine Mehrfachverdichtung des Pulvers erweist sich als positiv für den Dichtewert. Die Beseitigung der Clusterstruktur durch Intensivmahlung sowie die Steigerung der Primärpartikelgröße des Pulvers führt ebenfalls zum Anstieg der Kompaktatrohdichte. Zum Verschleißschutz im Bereich der Stopfschnecke eignet sich eine DLC-Beschichtung (a-C:H:X) auf plasmanitriertem Stahl X5CrNi18-10. Herzbleche aus Zikonoxid und eine Walzenbelegung aus Siliziumnitrid sind beim Einsatz des Abrasivs Si-Pulver aus tribologischer Sicht am besten. Die Spannungsanalyse mittels FEM ist die Basis zur Ermittlung der optimalen Walzengeometrie und bestätigt das Siliziumnitrid als Walzenwerkstoff für den Verschleißschutz.